第二講 汽輪機設(shè)備故障診斷

第二講汽輪機的滑銷系統(tǒng)和竄軸、熱膨脹監(jiān)測第一節(jié)汽輪機軸向位移監(jiān)視一、汽輪機產(chǎn)生軸向位移的原因和危害（一）汽輪機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生軸向位移的原因

汽輪機轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，而汽缸及隔板是靜止不動的，所以動靜部分之間必須留有一定間隙。汽輪機葉片具有一定的反動度，葉片的葉輪前后兩側(cè)存在著壓差，形成一個與汽流方向相同的軸向推力；輪轂兩側(cè)轉(zhuǎn)子軸的直徑不等，隔板汽封處轉(zhuǎn)子凸肩兩側(cè)的壓力不等，也要產(chǎn)生作用于轉(zhuǎn)子上的軸向力。所以轉(zhuǎn)子受到一個由高壓端指向低壓端的軸向推力。在這個軸向推力的作用下，轉(zhuǎn)子就會產(chǎn)生軸向位移，使動靜之間的間隙減小甚至消失，這是絕對不允許的。因此要設(shè)法平衡軸向推力，采取了高中壓缸反向布置、中低壓缸對稱分流、開設(shè)平衡孔等一系列措施，平衡部分軸向推力，其余的則由推力軸承來負擔(dān)。

推力瓦汽輪機在運行過程中，引起軸向推力增大的原因有以下幾方面：汽輪機發(fā)生水沖擊\蒸汽帶水

由于含有大量水分的蒸汽進入汽輪機內(nèi)，水珠沖擊葉片使軸向推力增大，同時水珠在汽輪機內(nèi)流動速度慢，堵塞蒸汽通路，在葉輪前后造成很大的壓力差，使軸向推力增大。2.隔板軸封間隙增大

由于不正確地啟動汽輪機或機組發(fā)生強烈振動，將隔板軸封的梳齒摩損，間隙增大，漏汽增多，于是使葉輪前后壓力差增加，致使軸向推力增大。3.動葉片結(jié)垢

蒸汽品質(zhì)不良，含有較多鹽分時，會使動葉片結(jié)垢。動葉片結(jié)垢后，蒸汽流通面積縮小，引起動葉片前后的蒸汽壓差增大，因而增大了轉(zhuǎn)子軸向推力。葉片的結(jié)垢情況，可以由監(jiān)視段壓力的變化情況判斷出。為了監(jiān)視監(jiān)視段的壓力變化，需要作出通流部分清潔時的監(jiān)視段壓力與負荷的關(guān)系曲線。監(jiān)視段壓力的最大增長值，一般來說，對于中壓沖動式汽輪機為15%，高壓沖動式汽輪機為5%，有平衡盤的中壓反動式汽輪機為20%，有平衡盤的高壓反動式汽輪機為10%。4.新蒸汽溫度急劇下降

新蒸汽溫度急劇下降，轉(zhuǎn)子溫度也跟著降低，由于轉(zhuǎn)子的收縮量大于汽缸的收縮量，致使推力軸承的負荷增加。當(dāng)汽輪發(fā)電機采用撓性靠背輪時，靠背輪對轉(zhuǎn)子的移動起了制動閘的作用，因而使推力軸承上承受的推力增大。若是齒形靠背輪，當(dāng)齒或爪有摩損或卡澀情況就就更為嚴重，推力軸承極易發(fā)生事故。5.真空下降：

汽輪機凝汽器真空下降，增大了級內(nèi)反動度，致使軸向推力增大。6.汽輪機超負荷運行汽輪機起負荷運行時，蒸汽流量增加，會使軸向推力增大。７．推力軸承損壞

８．供熱抽汽工況突然有較大的變化

９.主、再熱蒸汽壓力不匹配。10.潤滑油系統(tǒng)由于油壓過低、油溫過高等缺陷使油膜破壞而導(dǎo)致推力瓦塊烏金燒熔，也會使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生軸向位移。潤滑油系統(tǒng)會造成油膜破壞的原因有：潤滑油壓過低潤滑油溫過高潤滑油中斷油質(zhì)不良潤滑油中有水軸瓦與軸之間的間隙過大烏金脫落發(fā)電機或勵磁機漏電（二）汽輪機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生軸向位移的危害和監(jiān)視保護措施當(dāng)軸向推力過大時，推力軸承過負荷，造成推力瓦塊燒毀或動靜部分發(fā)生碰摩，造成設(shè)備的嚴重損壞。當(dāng)轉(zhuǎn)子軸向推力過大，推力軸承過負荷，將破壞油膜，致使推力瓦塊烏金燒熔，轉(zhuǎn)子竄動。當(dāng)軸向位移超過動、靜部件之間預(yù)留的間隙時，將會造成葉片折斷、大軸彎曲、隔板和葉輪碎裂等惡性事故。因此嚴密監(jiān)視機組的軸向位移顯得特別重要。一般在推力瓦塊上裝有溫度測點，在推力瓦塊回油處裝有回油溫度測點等，以監(jiān)視汽機推力軸承的狀態(tài)。此外，還裝設(shè)各種軸向位移監(jiān)測保護裝置，以監(jiān)視轉(zhuǎn)子的軸向位移變化。對于軸向位移監(jiān)測器在正常工況下指示軸的位移量，當(dāng)位稱超過一定限值時，發(fā)出報警信息，提醒運行人員嚴密監(jiān)視機組狀態(tài)，采取處理措施，當(dāng)軸向位移達到“危險”限值時，發(fā)出危急遮斷高、中壓調(diào)節(jié)閥門與主汽門的信號，以保證機組設(shè)備和人身的安全。

（三）軸向位移測量裝置軸向位移測量裝置有四種類型：

1.機械式：采用一耐磨的金屬直接與汽輪機大軸相接觸，將大軸的軸向位移變化通過杠桿傳遞系統(tǒng)傳至指示器，當(dāng)軸向位移達到限值時，保護跳閘機構(gòu)動作，遮斷去自動主汽門和調(diào)速器錯油門的保護油路，實行緊急停機。

2.液壓式：軸向位移改變噴油嘴與軸端平面(或轉(zhuǎn)子的凸緣平面)之間的間隙，改變油的油量，引起噴油嘴前的壓力變化，以此壓力指示軸向位移的大小，當(dāng)壓力低于某一數(shù)值時，滑閥動作實現(xiàn)緊急停機。

3.電感式：將轉(zhuǎn)子的機械位移量轉(zhuǎn)換成感應(yīng)電壓的變化，然后進行指示、報警或停機保護。

4.電渦流式：根據(jù)電渦流原理，將位移的變化轉(zhuǎn)換成與之成比例的電壓變化，從而實現(xiàn)位移的測量、報警和停機保護。第二節(jié)汽輪機熱膨脹監(jiān)視

一、機組熱膨脹的原因及危害（一）缸脹和差脹

汽輪機的汽缸和轉(zhuǎn)子在啟動、停機過程中，或在運行工況發(fā)生變化時，都會由于溫度變化而產(chǎn)生不同程度的熱膨脹。汽缸受熱而膨脹的現(xiàn)象稱為“缸脹”。缸脹時，由于滑銷系統(tǒng)死點位置不同，汽缸可能向高壓側(cè)伸長或向低壓側(cè)伸長，也可能向左側(cè)或向右側(cè)膨脹。為了保證機組的安全運行，防止汽缸熱膨脹不均，發(fā)生卡澀或動靜部分摩擦事故，必須對缸脹進行監(jiān)視。缸脹監(jiān)視儀表指示汽缸受熱膨脹變化的數(shù)值，也叫汽缸的絕對膨脹值。

轉(zhuǎn)子受熱時也要發(fā)生膨脹，因為轉(zhuǎn)子受推力軸承的限制，所以只能沿軸向往低壓側(cè)伸長。由于轉(zhuǎn)子體面比小，而且直接受轉(zhuǎn)子的沖擊，因此溫升和熱膨脹較快，而汽缸的體積較大，溫升和熱膨脹相對要慢一些。當(dāng)轉(zhuǎn)子和汽缸的熱膨脹還沒有達到穩(wěn)定之前，它們之間存在較大的熱膨脹值，簡稱“脹差”(或“差脹”)值，也叫汽缸和轉(zhuǎn)子間的相對熱膨脹差。在機組啟動或增負荷時，是一個蒸汽對金屬的加熱過程，轉(zhuǎn)子升溫快于汽缸，大于汽缸的膨脹值，稱為正脹差；在停機或減負荷時，是一個降溫過程，轉(zhuǎn)子降溫快于汽缸，所以轉(zhuǎn)子收縮的快，也就是轉(zhuǎn)子的軸向膨脹值小于汽缸的膨脹，稱為負脹差。汽缸的絕對膨脹值理論上可以用下式表示式中

——計算段材料的線膨脹系數(shù)（1/℃

）；

——計算工況金屬溫度與安裝溫度之差，即計算段的溫度增量（℃）；

L——計算截面至死點的軸向距離（mm）。（mm）

但在實際應(yīng)用時，往往采用近似方法進行計算，即沿著軸方向分成若干區(qū)段，先計算各區(qū)段的絕對膨脹值，然后進行修正和疊加，得出汽缸的絕對膨脹值。由于汽輪機轉(zhuǎn)子的軸向位置是由推力軸承固定的，所以差脹是以推力軸承為起點（相對死點）的某一處轉(zhuǎn)子和汽缸總的膨脹差，例如高壓缸在C點處的差脹可表示為由于汽輪機轉(zhuǎn)子的軸向位置是由推力軸承固定的，所以差脹是以推力軸承為起點（相對死點）的某一處轉(zhuǎn)子和汽缸總的膨脹差，例如高壓缸在C點處的差脹可表示為

式中

—分別為轉(zhuǎn)子和汽缸的膨脹值（mm）

，—分別為轉(zhuǎn)子和汽缸材料的線膨脹系

數(shù)（1/℃

）；

，—分別為轉(zhuǎn)子和汽缸的計算工況溫度

增量（℃）。

由于汽缸和轉(zhuǎn)子是由很多區(qū)段組成的，所以計算差脹時，也是先計算各區(qū)段的差脹，然后相加。由上可知，加熱時差脹由前段至后段，一般是遞增的，這就是一般制造廠在設(shè)計動靜部分軸向間隙時，自前至后把間隙設(shè)計得越來越大的原因。一旦某一差脹超過預(yù)留的軸向動靜部分之間的間隙，就將發(fā)生動靜部分摩擦，造成設(shè)備損壞。（二）汽輪機脹差過大的原因汽輪機在啟動、暖機和升速、停機過程中，或在運行中工況發(fā)生改變時，都會由于溫度變化而引起轉(zhuǎn)子和汽缸不同程度的熱膨脹。汽輪機帶負荷后，轉(zhuǎn)子和汽缸受熱逐漸趨于飽和，它們之間的相對脹差也逐漸減少，最后達到某一穩(wěn)定值。在運行中，一般負荷的變化對熱膨脹的影響是不大的，只有在負荷急劇變化或主蒸汽溫度不穩(wěn)定時，由于溫度變化大，才會對熱膨脹產(chǎn)生較大的影響。

正脹差過大的原因一般有：

1.啟動時暖機時間不夠，升速過快或增負荷速度過快；

2.汽缸夾層、法蘭加熱裝置汽溫太低或流量較小,引起加熱不足；

3.進汽溫度升高；

4.軸封供汽溫度升高,或軸封供汽量過大;5.真空降低,引起進入汽輪機的蒸汽流量增大;6.轉(zhuǎn)速變化;7.調(diào)節(jié)汽門開度增加,節(jié)流作用減小;8.滑銷系統(tǒng)或軸承臺板滑動卡澀,汽缸膨脹不出;9.軸承溫度太高;

10.推力軸承非工作面受力增大并磨損,轉(zhuǎn)子向機頭方向移動;11.汽缸保溫脫落或有穿堂冷風(fēng);12.多缸機組其他相關(guān)汽缸脹差變化,引起本缸脹差變化;13.多層缸夾層中流入冷汽或冷水;14.脹差指示表不準(zhǔn),或頻率、電壓變化

負脹差過大的原因一般有：

1.負荷下降速度過快或甩負荷；

2.汽缸夾層、法蘭加熱裝置汽溫加熱過度；

3.進汽溫度急劇下降；

4.軸封供汽溫度降低,或軸封供汽量過小;5.真空降低,引起進入汽輪機的蒸汽流量增大;6.水沖擊；

7.進汽溫度低于金屬溫度小;8.滑銷系統(tǒng)或軸承臺板滑動卡澀,汽缸收縮不回;9.軸承溫度太低;10.軸向位移向負值變化;

11.多缸機組其他相關(guān)汽缸脹差變化,引起本缸脹差變化;12.多層缸夾層中流入高溫蒸汽（進汽短管漏汽）;13.脹差指示表不準(zhǔn),或頻率、電壓變化（三）脹差過大的危害和監(jiān)視措施

隨著機組功率增大，級間效率提高，機組軸封和動靜葉片之間的軸向間隙設(shè)計得越來越小。若啟?；蜻\行過程中脹差變化過大，超過了設(shè)計時予留的間隙，將會使動靜部件發(fā)生摩擦，引起機組強烈振動，以致造成機組損壞事故。為此，一般汽機都規(guī)定有脹差允許的極限值。它是根據(jù)動靜葉片或軸封軸向最小間隙確定的，即當(dāng)轉(zhuǎn)子與汽缸相對脹差值達到極